TOPRAK MİKROBİYOLOJİSİ

VE MADDE DÖNGÜLERİ

TOPRAK MİKROBİYOLOJİSİ

Yeryüzünde farklı iklim koşulları altında oluşmuş çeşitli toprak tipleri, özellikleri bakımından birbirinden farklı canlı kompozisyonu gösterirler.

Bitkiler, mikroorganizmalar, omurgalı-omurgasız toprak hayvanları bulundukları toprak ortamı içerisinde karmaşık ekolojik ilişkiler içindedirler.

EDAFON

Toprak mikroorganizmalarının tümü EDAFON olarak tanımlanmaktadır.

TOPRAĞIN BİLEŞİMİ (% HACİM OLARAK)

Hava

25%

Su

23%Organik

Madde

7%

Mineral

Madde

45%

ORGANİK MADDENİN BİLEŞİMİ

(% HACİM OLARAK)

Humus

85%

Edafon

5%

Bitki Kökleri

10%

EDAFONUN BİLEŞİMİ (% HACİM OLARAK)

Mantarlar

ve Algler

40%

Diğer

Makro

fauna

5%

Mezo ve

Mikro Fauna

3%

Bakteriler

ve

Aktinomisetl

er

40%

Yağmur

Solucanları

12%

TOPRAK CANLILARININ GENEL SINIFLANDIRILMASI

A. TOPRAK FAUNASI: 1. Makro fauna (kırkayaklar, karınca, solucanlar)

2. Mezofauna (nematodlar, collemboller, rotatorlar)

3. Mikrofauna (Amipler, kamçılılar)

B. TOPRAK MİKROFLORASI (Biota): 1. Bakteriler

2. Mantarlar

3. Algler

MİKROORGANİZMALAR

Mikroorganizmalar, toprak faunasının işbirliği ile çeşitli hayvan ve bitki kalıntılarını ayrıştırarak içerdikleri mineral maddelerinin açığa çıkmasını sağlarlar.

Bu esnada oluşturdukları metabolitler ve ana ürünler ile toprağa yoğun bir biyokimyasal özellik kazandırırlar.

Bu aktiviteler sonucu oluşan son ürünlerden çeşitli varlıklar öncelikle de bitkiler yararlanırlar. Böylece doğal yaşam süreçleri işlevini sürdürür.

MİKROORGANİZMALAR VE TOPRAK VERİMLİLİĞİ

Toprak verimliliği, topraktaki organizma faaliyetleri ve oluşturdukları reaksiyonların yönü ile çok yakından ilgilidir.

Bitkilerin ihtiyaç duyduğu C, N, P, S, Fe, Mg gibi elementler, mikroorganizmalar vasıtasıyla çeşitli sentez ve analizler sonunda onlara yararlı şekle çevrilir.

Mikroorganizmalar bu tür işlemleri kendi besin ve enerji gereksinimlerini sağlarken oluştururlar.

MİKROORGANİZMALAR VE TOPRAK VERİMLİLİĞİ

Örneğin azot fiksasyonu; mikroorganizmalar havanın serbest azotunu (elementel azot=N2=dinitrojen) tutarak bitkilerin kullanabileceği şekle çevirirler.

Ya da bitki ve hayvan doku kalıntılarını

ayrıştırarak bünyelerinde tutulan karbonu CO2 şeklinde açığa çıkarırlarken, diğer bazı besin elementleri de bu mineralizasyon süreci sonunda serbest hale geçerler.

TOPRAKTAKİ MİKROORGANİZMALAR

Genellikle toprak biyokütlesi ve bağımsız mikroorganizma gruplarının sayıları toprak profili boyunca derinliğe bağlı olarak azalır.

Toprak profilindeki bu genel dağılım mikroorganizmalar ile diğer toprak canlılarına enerji sağlayıcı substratların ve inorganik besin maddelerinin büyük ölçüde toprak yüzeyi yakınında bulunmasından kaynaklanmaktadır.

Canlılar yaşayabilmek için su, karbon,

oksijen, azot gibi maddelere ihtiyaç

duyarlar.Canlılar bu maddeleri vücutlarına

aldıktan sonra çeşitli yollarla çevreye geri

verirler. Canlılar ve çevre arasındaki bu

madde alış-verişine madde döngüsü denir.

MADDE DÖNGÜSÜ

KARBON DÖNGÜSÜ

●Canlıların en önemli yapı taşlarından birisi karbondur.

Karbon elementi;

►Atmosferde karbondioksit gazı şeklinde,

►Denizlerde ve tatlı sularda karbonat ve bikarbonat tuzları şeklinde,

►Kömür,petrol,doğal gaz ve kireç taşında element yada bileşik şeklinde,

►Bütün canlılarda ve ölü organizmalarda ise organik moleküller şeklinde bulunur.

KARBON DÖNGÜSÜ Organizmaların en önemli karbon kaynağı CO2 dir.

Atmosferdeki CO2 yi ototrof canlılar (fotosentetik ve kemosentetik) kullanarak organik molekülün yapısına katarlar.

Bu şekilde karbon canlı yapısına katılmış olur. Canlılarda gerçekleşen solunum reaksiyonlarda organik moleküllerin yıkımı sonucu açığa çıkan CO2 atmosfere verilir.

Karbonun atmosfere dönmesinde saprofit canlılar da rol oynar.

Saprofitler ölü organizmaları ve artık

maddeleri ayrıştırarak inorganik maddelere dönüştürürler.

●Solunum, çürüme, yakılan yakıtlar

sonucu açığa çıkan karbondioksit havaya,

oradan da bitkilere geçer.

●Bitkiler de karbondioksiti fotosentezle

organik besine ve oksijene dönüştürür.

►►Sürekli devam eden bu olaya karbon

döngüsü denir.

KARBON DÖNGÜSÜ

●Oksijen de canlılar için önemli

elementlerdendir ve oksijen döngüsü

karbon döngüsü ile birlikte

gerçekleşmektedir.Oksijen atmosferde

oksijen gazı,karbondioksit ve su

molekülünde, canlılarda ise organik

maddelerin yapısında bulunur.

KARBON DÖNGÜSÜ

Kömür, petrol gibi fosil yakıtların yanması sonucu CO2 atmosfere gaz halinde döner.

Atmosferdeki CO2 miktarının artması, yeryüzüne ulaşan güneş ışınlarının atmosfere yansımasını önleyerek havanın aşırı ısınmasına neden olur.

Bu olaya sera etkisi denir.

AZOT DÖNGÜSÜ

Azot (N), vücut hücrelerimizdeki proteinlerin ve nükleik asitlerin yapısına katıldığı için çok önemlidir.

Havanın %78’i azot olmasına rağmen canlılar azotu doğrudan kullanamaz.

Havadaki azot şimşek ve yıldırım aracılığıyla oksijenle birleşerek toprağa karışır.

Daha sonra bakteriler bu bileşiği bitkiler tarafından kullanılabilecek hale getirir.

Havadaki azot, doğrudan topraktaki azot

bakterileri

tarafından da kullanılır.

AZOT DÖNGÜSÜ

Bitkinin kök hücrelerinde toplanan azotlu

bileşikler hayvanlara geçer, hayvan artıklarıyla da tekrar toprağa karışır.

Toprakta azot ayrıştıran bakteriler de

artıklardaki azotu ayrıştırarak azotu

atmosfere verir.

Bu dönüşüme azot döngüsü denir.

AZOT DÖNGÜSÜ

OKSİJEN DÖNGÜSÜ

Oksijen değişik biçimlere dönüşerek doğada sürekli bir döngü içerisindedir.

Havada gaz, suda ise çözünmüş olarak bulunan oksijen serbest halde azottan sonra en çok bulunan elementtir.Hayvanların ve basit yapılı bitkilerin solunum yoluyla aldıkları oksijen hidrojenle birleşince su oluşur. Bu su daha sonra dışarıya atılarak

doğaya verilir. Dünyadaki sular biyosferin başlıca oksijen kaynağıdır.Oksijenin yaklaşık %90 ının bu sularda yaşayan alglerce karşılandığı tespit

edilmiştir. Diğer döngülerde de bazı aşamalarda oksijenin yer aldığı

bilinmektedir.Atmosferdeki oksijen oranı sabittir.Çünkü solunum durmayan bir olaydır ve bütün canlılar tarafından gerçekleştirilmektedir.

OKSİJEN DÖNGÜSÜ

Üretici canlılar fotosentez yaparak besin üretir ve atmosfere oksijen gazı (O2) verir.

Oksijenli solunum yapan canlılar atmosferdeki oksijen gazını alır ve oksijenli solunumda kullanır.

Aynı zamanda orman yangınları ve fosil yakıtların yanması sırasında atmosferdeki oksijen gazı kullanılır.

OKSİJEN DÖNGÜSÜ

FOSFOR DÖNGÜSÜ

Fosfor döngüsü karbon (C), oksijen (O), azot (N) gibi elemanların döngülerine oranla daha basittir. Çünkü, fosfor gaz haline geçemediği için, atmosfere geçiş evresine sahip değildir. Bu nedenle fosfor döngüsü, karalardan sulara, sulardan karalara doğru gerçekleşir.

Fosfor canlı ve cansız sistemlerde, fosfat olarak bulunur. Fosforon kaynağı, fosfatlı kayaçlardır. Fosfatlı kayaçlar, yağmur, rüzgar gibi etkenlerle aşındıkça inorganik fosfat olarak yavaş yavaş toprağa taşınır. Bitkiler tarafından topraktan alınan inorganik fosfat, organik fosfata dönüştürülür.

FOSFOR DÖNGÜSÜ

Bitkilerdeki organik fosfat, önce otçul, bunlardan da etçil hayvanlara aktarılır.

Ölen hayvan ve bitkilerin yapısındaki organik fosfat, saprotrof bakteri ve mantarların metabolizmasıyla fosfat olarak toprağa salınır.

FOSFOR DÖNGÜSÜ

Karasal ekosistemlerde olduğu gibi sucul ekosistemlerde de fosfor döngüsü gerçekleşir. Kayaçlardan sulara taşınan fosfat, suların derinliklerine çöken (sedimantasyon) bitki ve hayvan artıkları nedeniyle ekosistemdeki fosfor belirli oranda azalır.

Bu şekilde depolanan fosfor, oluşabilecek jeolojik olayların etkisiyle karalara geçmeleri durumunda, tekrar kullanılabilirler.

Doğal olayların yanı sıra, insanların gerçekleştirdiği kimyasal ve endüstriyel işlevler, çöpler ve fosfatlı temizlik maddeleri fosfor döngüsünde etkili olmaktadır.

Fosfatlı kayaçların yapay gübre üretiminde

kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Toprağa

atılan bu gübrelerin önemli bir kısmı, sularla

denizlere kadar taşınır. Ayrıca insanların, yol,

köprü, konut yapımı gibi etkinliklerle

oluşturduğu atıklar, kullanılan fosfatlı ilaç ve

deterjanlarda fosfat döngüsünün

gerçekleştirilmesinde etkili olmuştur.

SÜLFÜR DÖNGÜSÜ

Sülfür döngüsü, sülfürün (kükürt) kayalar, su yolları ve canlı sistemler arasında hareket ettiği süreçlerin toplamıdır. Sülfür birçok proteinin ve kofaktörün bileşeni olan önemli bir elementtir ve sülfür bileşikleri mikrobiyal solunumda oksidan veya indirgeyici olarak kullanılabilir.

Küresel kükürt döngüsü, kükürt türlerinin farklı oksidasyon halleri arasındaki geçişlerini içerir ve kükürtün oksidasyon hali hem jeolojik hem de biyolojik süreçlerde önemli bir rol oynar.

Sülfür döngüsünün adımları:

Organik sülfürün inorganik formlarına (hidrojen sülfür (H2S), elementel kükürt ve sülfid mineralleri gibi) mineralizasyonu.

Hidrojen sülfür, sülfit ve element sülfürün (S) sülfata (SO4

2− ) yükseltgenmesi.

Sülfatın sülfite indirgenmesi.

Sülfitin organik bileşiklere katılması (metal içeren türevler dahil).